Nguyễn công vượng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN CÔNG VƯỢNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA Mn VÀ Si TRONG THÀNH PHẦN THUỐC HÀN THIÊU KẾT HỆ BAZƠ TƯƠNG ĐƯƠNG LOẠI F7A(P)4 THEO AWS A5.17-80 ĐẾN CƠ TÍNH MỐI HÀN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ HÀN Hà Nội – Năm 2013 LỜI CAM ĐOAN Tôi Nguyễn Công Vượng, học viên lớp Cao học Công nghệ hàn – Khoá 2011B, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, thực đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng Mn Si thành phần thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ tương đương loại F7A(P)4 theo AWS A5.17-80 đến tính mối hàn ” Tác giả tham gia Đề tài Khoa học Công nghệ Trọng điểm cấp Nhà nước mã số KC.02.04/11-15 TS Vũ Huy Lân làm Chủ nhiệm Đề tài Tác giả xin cam đoan rằng: Ngoại trừ số liệu, bảng biểu, đồ thị,… trích dẫn từ tài liệu tham khảo số liệu, nội dung lại công bố Luận văn tác giả nhóm tác giả tham gia Đề tài đưa Nếu sai xin hoàn toàn chịu trách nhiệm Hà Nội, ngày 28 tháng năm 2013 Học viên Nguyễn Công Vượng MỞ ĐẦU Trong nghiệp công nghiệp hoá đất nước ngành khoa học công nghệ phát triển mạnh, ngành công nghệ hàn không ngừng phát triển bề rộng có công nghệ hàn đa dạng giải pháp nâng cao suất chất lượng hàn Do ngành hàn ngày ứng dụng rộng rãi, số công nghệ hàn tự động lớp thuốc ứng dụng phổ biến giới Ở Việt Nam công nghệ ngày ứng dụng rộng rãi, đặc biệt lĩnh vực đóng tàu chế tạo kết cấu thép, Tuy nhiên, thuốc hàn chủ yếu phải nhập từ nước ngoài, để khắc phục tình trạng số sở sản xuất vật liệu hàn lớn nước Công ty sản xuất que hàn Việt Đức, công ty sản xuất vật liệu hàn Nam Triệu, nghiên cứu chế tạo thử Nhưng việc ứng dụng hạn chế, chưa nghiên cứu đầy đủ tiêu cần thiết để nâng cao chất lượng thuốc hàn Trong số tiêu quan trọng này, hàm lượng Mn Si kim loại mối hàn giải pháp để hợp kim mối Nội dung cụ thể luận văn tốt nghiệp: “ Nghiên cứu ảnh hưởng Mn Si thành phần thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ tương đương loại F7A(P)4 theo AWS A5.17-80 đến tính mối hàn ” Có vấn đề cần giải sau: - Giới thiệu tổng quan việc nghiên cứu giới Việt Nam thuốc hàn thiêu kết Xác định hướng nghiên cứu đề tài - Các vấn đề cần giải quyết: + Phân tích, lựa chọn nguyên tố hợp kim phổ biến từ fero hợp kim dùng thành phần thuốc hàn chế tạo thuốc hàn thiêu kết tương đương với loại F7A(P)4 theo AWS A5.17-80 + Nghiên cứu ảnh hưởng fero hợp kim (Fe-Mn, Fe-Si) thành phần thuốc hàn đến thành phần hóa học tính kim loại mối hàn thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ tương đương với loại F7A(P)4 theo AWS A5.17-80 + Xác định hàm lượng nguyên tố hợp kim thông qua fero hợp kim (Fe-Mn, Fe-Si) đưa vào thành phần thuốc hàn thiêu kết tương đương loại F7A(P)4 theo AWS A5.17-80 đảm bảo thành phần hóa học tính kim loại mối hàn Kết nghiên cứu đề tài trợ giúp hiệu cho việc xác định thành phần đơn thuốc hàn F7A(P)4 theo AWS A5.17-80 Em xin chân thành cảm ơn hướng dẫn giúp đỡ nhiệt tình giảng viên TS Vũ Huy Lân, Ban lãnh đạo cán Công ty Que hàn điện Việt Đức,… việc hoàn thành luận văn tốt nghiệp này! MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .2 MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN VỀ THUỐC HÀN THIÊU KẾT 1.1 Sơ lược hàn tự động lớp thuốc hàn 1.1.1 Sơ đồ nguyên lý hàn tự động dưới lớp thuốc 1.1.2 Vai trò, công dụng của thuốc hàn 10 1.1.3 Phân loại thuốc hàn theo phương pháp chế tạo 10 1.2 Tình hình nghiên cứu sản xuất thuốc hàn .11 1.2.1 Nghiên cứu và sản xuất thuốc hàn Thế giới 11 1.2.2 Nghiên cứu và sản xuất thuốc hàn ở Việt Nam 12 1.3 Mục tiêu nôôi dung nghiên cứu 14 1.3.1 Nguồn nguyên liệu để sản xuất thuốc hàn ở Việt Nam .14 1.3.3 Nội dung nghiên cứu 15 Chương 16 GIỚI THIỆU VỀ THUỐC HÀN VÀ LỰA CHỌN XỈ HÀN .16 2.1 Các chỉ tiêu của thuốc hàn .16 2.1.1 Các chỉ tiêu chung của thuốc hàn 16 2.1.2 Các chỉ tiêu công nghệ hàn 16 2.1.3 Các yêu cầu kỹ thuật chung sản xuất thuốc hàn .16 2.2 Thành phần, phân loại kí hiêôu thuốc hàn 17 2.2.1 Các nhóm chất chủ yếu thành phần mẻ liệu thuốc hàn 17 2.2.2 Phân loại và kí hiệu thuốc hàn .19 2.3 Sơ lược xỉ hàn 24 2.3.1 Khái niệm về xỉ hàn 24 2.3.2 Các tính chất của xỉ hàn .24 2.3.3 Phân loại xỉ hàn 31 2.4 Lựa chọn tạo xỉ hàn tính toán sơ thành phần mẻ liệu thuốc hàn 33 2.4.2 Xác định thành phần sơ bộ mẻ liệu thuốc hàn .35 2.5.1 Sơ đồ nghiên cứu tổng quát 37 2.5.2 Sơ đồ nghiên cứu của đề tài 38 Chương 39 NÔÔI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 39 3.1 Ảnh hưởng của Mn Si thuốc hàn đến chất lượng kim loại mối hàn .39 3.1.1 Mn, Si vai trò chất khư .39 3.1.2 Mn, Si vai trò hợp kim hóa 43 3.1.3 Sơ đồ nghiên cứu ảnh hưởng của Mn, Si thành phần thuốc hàn 46 3.1.4 Tính toán sơ bộ lượng Mn và Si đưa vào thành phần mẻ liệu .46 3.2 Phương pháp nghiên cứu 48 3.2.2 Xác định giá trị biến đầu vào hợp lý .56 3.3 Mô tả phương pháp các thí nghiêôm .58 3.3.1 Điều kiện, vật liệu mẫu, thiết bị và chế độ hàn thí nghiệm 58 3.3.2 Mô tả thí nghiệm xác định thành phần hóa học kim loại mối hàn .60 3.3.3 Mô tả thí nghiệm xác định tính kim loại mối hàn 62 Chương 67 TIẾN HÀNH THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU SỰ DỊCH CHUYỂN CỦA Mn, Si TỪ THUỐC HÀN VÀO KIM LOẠI MỐI HÀN 67 4.1 Tiến hành thí nghiêôm thành phần hóa học kim loại mối hàn 67 4.1.1 Kế hoạch thực nghiệm nghiên cứu thành phần hóa học kim loại mối hàn 67 4.1.2 Các thông số chế độ hàn dùng để nghiên cứu thàh phần hoá học 68 4.2 Kết thử nghiêôm thành phần hóa học kim loại mối hàn .68 4.2.1 Mẫu thư nghiệm thành phần hóa học kim loại mối hàn 68 4.2.2 Các số liệu thí nghiệm 69 Chương 70 XỬ LÝ SỐ LIỆU VÀ XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG CÁC Fe-Mn, Fe-Si CHO MẺ LIỆU THUỐC HÀN 70 5.1 Kết xử lý số liệu 70 5.1.1 Phần mềm xác định hệ số phương trình hồi quy 70 5.1.2 Xây dựng phương trình hồi quy .70 5.2 Biểu diễn các đường đăôc trưng các kết luâôn khoa học 71 5.2.1 Biểu diễn đường đặc trưng (Mn, Si) = f (Fe-Mn, Fe-Si) 71 5.2.2 Kết luận 74 5.3 Xác định hàm lượng Fe-Mn, Fe-Si hợp lý mẻ liệu thuốc hàn 74 5.4 Kiểm tra tính kim loại mối hàn 77 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .81 Kết luận: .81 Chương TỔNG QUAN VỀ THUỐC HÀN THIÊU KẾT 1.1 Sơ lược hàn tự động lớp thuốc hàn 1.1.1 Sơ đồ nguyên lý hàn tự động lớp thuốc  Khái niệm hàn hồ quang lớp thuốc: Hàn hồ quang lớp thuốc bảo vệ gọi hàn hồ quang chìm (hồ quang ngầm), tiếng Anh viết tắt SAW (Submerged Arc Welding) trình hàn điện nóng chảy, dùng nguồn nhiệt từ hồ quang điện sinh điện cực hàn (dây hàn, băng hàn) vật hàn Một phần lượng nhiệt sinh hồ quang điện làm nóng chảy kim loại điện cực kim loại bản, sau kim loại vũng hàn kết tinh tạo thành mối hàn Phần nhiệt khác làm nóng chảy thuốc hàn, tạo thành lớp xỉ (vòm vỉ) bảo vệ vùng hồ quang vũng hàn khỏi xâm nhập ảnh hưởng có hại môi trường khí xung quanh  Nguyên lý hàn hồ quàng lớp thuốc: Dưới tác dụng nhiệt hồ quang, mép hàn, dây hàn phần thuốc hàn sát hồ quang bị nóng chảy tạo thành vòm hồ quang (vòm xỉ) vũng hàn Dây hàn đẩy vào vũng hàn cấu cấp dây với tốc độ phù hợp với tốc độ nóng chảy đảm bảo trì hồ quang cháy ổn định Khi hồ quang hàn di chuyển theo hướng hàn kim loại lỏng vũng hàn nguội kết tinh tạo thành mối hàn Trên mặt vũng hàn phần mối hàn kết tinh hình thành lớp xỉ có tác dụng tham gia vào trình luyện kim hàn, bảo vệ giữ nhiệt cho mối hàn tách khỏi mối hàn sau hàn Phần thuốc hàn chưa bị nóng chảy sử dụng lại Các chuyển động cấp dây hàn, dao động điện cực chuyển động theo đường hàn thường giới hóa Tùy theo mức độ tự động chuyển động mà chia thành hàn tự động bán tự động lớp thuốc Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý trình hàn tự động lớp thuốc Hình 1.2 Một số thiết bị hàn hồ quang tự động lớp thuốc Hình 1.3 Một số hình ảnh hàn hồ quang tự động lớp thuốc Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý hàn hồ quang lớp thuốc điện cực băng Hình 1.5 Hàn hồ quang lớp thuốc điện cực băng  Đặc điểm hàn hồ quang lớp thuốc: - Hồ quang cháy ngầm lớp thuốc, phần thuốc hàn nóng chảy tạo thành vòm xỉ bảo vệ vùng hồ quang hàn vũng hàn khỏi tác dụng có hại oxi nitơ môi trường xung quanh - Nhiệt lượng hồ quang tập trung nhiệt độ cao (so với phương pháp hàn khác hàn hồ quang tay, hàn TIG, MIG/MAG, ) , cho phép hàn với tốc độ lớn hàn chi tiết có chiều dày lớn mà không cần phải vát mép, tiết kiệm kim loại - Chất lượng kim loại mối hàn cao vùng hàn (hồ quang hàn vũng hàn) bảo vệ tốt khỏi tác dụng oxi nitơ khí xung quanh Kim loại mối hàn đồng thành phần hóa học Lớp thuốc xỉ hàn làm mối hàn nguội chậm nên bị thiên tích, thoát hidrô tốt - Mối hàn có hình dạng đẹp, đặn, bị khuyết tật không ngấu, rỗ khí, rỗ xỉ - Giảm tiêu hao vật liệu (dây hàn), không bắn tóe kim loại, nên hệ số đắp cao, tổn thất - Năng suất hàn cao - Hồ quang bao bọc kín thuốc hàn nên không làm hại mắt da thợ hàn Lượng khí (khói, bụi độc hại) sinh trình hàn so với hàn hồ quang tay - Dễ khí hóa tự động hóa trình hàn  Phạm vi ứng dụng hàn hồ quang lớp thuốc: - Hàn kết cấu thép dạng tấm, vỏ kích thước lớn, dầm thép có độ chiều cao, ống thép có đường kính lớn, bồn, bể chứa, bình chịu áp lực công nghiệp đóng tàu, dầu khí, giao thông, chế tạo máy, lắp máy, thủy điện, nhiệt điện, - Chủ yếu ứng dụng để hàn mối hàn tư hàn (hàn sấp), hàn góc tư hàn ngang, mối hàn ngang với mối hàn có chiều dài lớn có quỹ đạo không phức tạp - Hàn chi tiết có chiều dày từ vài mm hàng trăm mm 1.1.2 Vai trò, công dụng thuốc hàn  Khái niệm: Thuốc hàn hỗn hợp gồm nhiều thành phần, chế tạo dạng hạt có kích thước xác định khoảng 0,25 ÷ mm Hình 1.6 Dạng thuốc hàn  Vai trò, công dụng thuốc hàn: - Tạo vòm xỉ nóng chảy bảo vệ vùng hồ quang hàn vũng hàn khỏi tác dụng có hại oxi nitơ môi trường xung quanh -Tạo môi trường ion hóa tốt để đảm bảo dễ gây hồ quang trì hồ quang cháy ổn định - Giúp hình thành tạo dáng mối hàn, làm cho kim loại mối hàn nguội chậm tạo điều kiện thuận lợi thoát hiđrô từ mối hàn vùng ảnh hưởng nhiệt - Khử oxi tạp chất có hại (S, P), tinh luyện kim loại mối hàn - Có thể hợp kim hóa kim loại mối hàn để cải thiện tổ chức kim loại nâng cao tính kim loại mối hàn - Bảo vệ thợ hàn khỏi tác dụng xạ hồ quang, cải thiện điều kiện lao động - Nhờ có lớp thuốc vòm xỉ bảo vệ hồ quang hàn, nên trình hàn kim loại điện cực không bị bắn toé, giảm tổn thất, nâng cao suất hàn - Giảm khuyết tật bên trong: rỗ khí, ngậm xỉ, không ngấu, cải thiện điều kiện hình thành mối hàn tinh luyện kim loại mối hàn - Cải thiện tiêu chí VSCN: giảm lượng khí thải bụi sinh trình hàn 1.1.3 Phân loại thuốc hàn theo phương pháp chế tạo 10 Khoảng biến thiên ΔZi 2 Kế hoạch thực nghiệm có dạng sau: Bảng 4.2: Kế hoạch thực nghiệm thí nghiệm trực giao bậc № thí nghiệm 10 11 Giá trị biến Giá trị biến thực,% Fe-Mn, Fe-Si, mã hóa Z1 8 6 6 Z2 2 6 4 4 X1 X2 –1 +1 –1 +1 –1 +1 0 0 –1 –1 +1 +1 0 –1 +1 0 Giá trị hàm mục tiêu,% Mn, Si, Y1 Y2 4.1.2 Các thông số chế độ hàn dùng để nghiên cứu thàh phần hoá học Các thông số chế độ hàn chủ yếu tính toán hàn kiểm tra đạt ổn định có giá trị sau: Bảng 4.3: Các thông số chế độ hàn Đường kính Cường độ dây hàn, dòng điện mm hàn Ih, A 4,0 700 Giá trị thông số chế độ hàn Vận tốc hàn Tầm với Điện áp hàn Vh, ipm điện cực, Uh, V (0,56m/ph) mm 28-30 18-20 30 Góc nghiêng điện cực 4.2 Kết thử nghiệm thành phần hóa học kim loại mối hàn 4.2.1 Mẫu thử nghiệm thành phần hóa học kim loại mối hàn Tiến hành hàn mẫu theo thông số chế độ hàn nêu nhiệt độ đường hàn (the inter pass temperature) trì khoảng 150 -160°C 68 Hình 4.1: Các phôi mẫu sau hàn xong tiến hành cắt để lấy mẫu thử thành phần hóa học kim loại mối hàn Hình 4.2 : Mẫu hàn cắt để chuẩn bị phân tích thành phần hóa học 4.2.2 Các số liệu thí nghiệm Mẫu thử nghiệm gia công từ mẫu hàn thí nghiệm phần trước phân tích thành phần hóa học kim loại mối hàn phương pháp phân tích quang phổ Trung tâm Thử nghiệm – Kiểm định Công nghiệp, Viện Cơ khí Năng lượng Mỏ Kết thử nghiệm dẫn bảng 69 Bảng 4.4: Kết thí nghiệm № thí nghiệm 10 11 Giá trị biến Giá trị biến thực,% Fe-Mn, Fe-Si, mã hóa Z1 8 6 6 Z2 2 6 4 4 X1 X2 –1 –1 +1 –1 –1 +1 +1 +1 –1 +1 0 –1 +1 0 0 0 Chương Giá trị hàm mục tiêu,% Mn, Si, Y1 1.519 2.778 1.962 3.269 1.761 3.054 2.082 2.544 2.331 2.294 2.346 Y2 0.524 0.694 1.512 1.674 1.007 1.121 0.624 1.596 1.092 1.103 1.085 XỬ LÝ SỐ LIỆU VÀ XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG CÁC Fe-Mn, Fe-Si CHO MẺ LIỆU THUỐC HÀN 5.1 Kết xử lý số liệu 5.1.1 Phần mềm xác định hệ số phương trình hồi quy Sử dụng phương pháp bình phương nhỏ nội dung phân tích hồi quy, phân tích phương sai để xác định hệ số phương trình hồi quy (dạng đa thức) Ứng dụng phần mềm xác định hệ số phương trình hồi quy dẫn phần phụ lục phần mềm MODDE 5.0 5.1.2 Xây dựng phương trình hồi quy Sau nhập số liệu thực nghiệm chạy phần mềm phần phụ lục ta có: Các phương trình hồi quy biểu diễn phụ thuộc hàm lượng Mn kim loại mối hàn vào hàm lượng Fe-Mn Fe-Si từ thuốc hàn có dạng: Mn Constant X1 X2 X1*X1 X2*X2 X1*X2 N = 11 DF = Comp = Coeff SC 2.33096 0.498551 0.180017 0.037632 -0.00768314 0.0122475 Q2 = R2 = R2 Adj = Std Err 0.0111424 0.00686861 0.00686861 0.00818793 0.00818793 0.00651613 0.856 0.999 0.998 70 P 4.736e-011 9.40194e-009 1.51123e-006 0.00586139 0.391144 0.118942 Cond no = Y-miss = RSD = Conf int(±) 0.0286424 0.0176564 0.0176564 0.0210478 0.0210478 0.0167503 3.4876 0.0217 Conf lev = 0.95 Mn = Y1 = 2.33096+ 0.498551x1 + 0.180017x2 + 0.0122475x1x2 + 0.037632x12 – 0.00768314x22 Hệ số tương quan R2 = 0,999 - Mô hình hàm lượng %Si: Si Constant X1 X2 X1*X1 X2*X2 X1*X2 N = 11 DF = Comp = Coeff SC 1.08881 0.0573216 0.379685 -0.00792719 0.0134414 0.000405019 Q2 = R2 = R2 Adj = Std Err 0.00892306 0.00550055 0.00550055 0.00655709 0.00655709 0.00521828 0.828 0.999 0.998 P 7.01149e-010 0.000140224 1.20848e-008 0.280727 0.0956539 0.941145 Cond no = Y-miss = RSD = Conf lev = Conf int(±) 0.0229375 0.0141396 0.0141396 0.0168556 0.0168556 0.013414 3.4876 0.0174 0.95 Si = Y2 = 1.08881 + 0,0573216x1 + 0,379685x2 + 0,000405019x1x2 –0,00792719x12 + 0,0134414x22 Hệ số tương quan R = 0, 999 5.2 Biểu diễn đường đặc trưng kết luận khoa học 5.2.1 Biểu diễn đường đặc trưng (Mn, Si) = f (Fe-Mn, Fe-Si) a).Sự phụ thuộc Mn kim loại mối hàn vào Fe-Mn Fe-Si thuốc hàn 71 3.00 2.80 2.40 2.20 2.00 1.80 Hình 5.1 Sự phụ thuộc hàm lượng Mn kim loại mối hàn vào hàm lượng F e -M n Hình 5.1 Sự phụ thuộc hàm lượng Mn kim loại mối hàn vào hàm lượng Fe-Mn mẻ liệu thuốc hàn 2.50 2.40 Mn Mn 2.60 2.30 2.20 2.10 Fe_ S i Hình 5.2 Sự phụ thuộc hàm lượng Mn kim loại mối hàn vào hàm M thuốc n lượng Fe-Si mẻ liệu hàn 72 Hình 5.3 Sự phụ thuộc hàm lượng Mn kim loại mối hàn vào hàm lượng Fe-Mn Fe-Si mẻ liệu thuốc hàn b) Sự phụ thuộc Si kim loại mối hàn vào Fe-Mn Fe-Si thuốc hàn 1.60 1.40 Si 1.20 1.00 0.80 0.60 Fe_ S i Hình 5.4 Sự phụ thuộc hàm lượng Si,(%) kim loại mối hàn vào hàm lượng Fe-Si, (%) mẻ liệu thuốc hàn 1.140 1.120 Si 1.100 1.080 1.060 1.040 1.020 1.000 F e -M n Hìn h 5.5 Sự phụ thuộc hàm lượng Si kim loại mối hàn vào hàm lượng Fe-Mn mẻ liệu thuốc hàn 73 Si Hình 5.6 Sự phụ thuộc hàm lượng Si kim loại mối hàn vào hàm lượng Fe-Mn Fe-Si mẻ liệu thuốc hàn 5.2.2 Kết luận Ở đồ thị cho ta thấy hiệu điện tăng hàm lượng Mn mối hàn tăng, cường độ dòng điện hàn tăng hàm lượng Mn tăng vận tốc hàn tăng hàm lượng Mn tăng gần không đáng kể Ở đồ thị cho ta thấy hiệu điện tăng hàm lượng Si mối hàn tăng, cường độ dòng điện hàn tăng hàm lượng Si tăng vận tốc hàn tăng hàm lượng Si tăng gần không đáng kể Ở đồ thị cho ta thấy hiệu điện tăng độ bền kéo mối hàn tăng, cường độ dòng điện hàn tăng độ bền kéo tăng vận tốc hàn tăng độ bền kéo tăng Ở đồ thị cho ta thấy hiệu điện tăng khối lượng thuốc hàn tiêu thụ tăng, cường độ dòng điện hàn tăng khối lượng thuốc hàn tiêu thụ tăng vận tốc hàn tăng khối lượng thuốc hàn tiêu thụ tăng 5.3 Xác định hàm lượng Fe-Mn, Fe-Si hợp lý mẻ liệu thuốc hàn Xác định giá trị hợp lý (tối ưu) yếu tố (biến số) từ mô hình xây dựng đảm bảo tiêu chí kinh tế - kỹ thuật Do vậy, việc giải toán phải đáp ứng điều kiện ràng buộc Bài toán quy hoạch đa mục tiêu trường hợp tổng quát với n biến, m buộc, p mục tiêu mô tả dạng tổng quát sau: Max(min) j k ( x1 , x , , x n ), k = 1,2, , p  g ( x1 , x , , x n ) ≤ bi  x j ≥ i = 1,2,…,m; j = 1,2,…,n Ta ký hiệu miền buộc miền D Trong toán việc giải toán tìm giá trị biến đầu vào thỏa mãn giá trị hàm mục tiêu cho trước − Xác định hàm lượng Fe-Mn, Fe-Si hợp lý mẻ liệu thuốc hàn đảm bảo thành phần hóa học tính mối hàn, sở ràng buộc − Các ràng buộc: + Các ràng buộc tường minh (các gới hạn biên) biến số: 2% ≤ Fe-Mn ≤ 10% ; 0,5% ≤ Fe-Si ≤ 8% ; 74 + Các ràng buộc ẩn: cặp thuốc hàn – dây hàn (F7A4 – EM12K), yêu cầu hàm lượng nguyên tố hợp kim chủ yếu thành phần hóa học kim loại mối hàn sau: Mn ≤ 1,40 % Si ≤ 0,35 % - Xác định giá trị biến (Fe-Mn, Fe-Si) thỏa mãn điều kiện hàm mục tiêu: 1,2 ≤ Mn ≤ 1,60 % 0,30 ≤ Si ≤ 0,45 % Kết quả: Giải phần mềm tối ưu (theo phụ lục 3) với ràng buộc có điều kiện, ta xác định giá trị Fe-Mn Fe-Si sau: Fe-Mn Fe-Si Free Free 0.5 10 Mn Target 0.5 1.43765 1.61286 Si Target 0.5 0.3 0.4 Fe-Mn 3.6 3.7031 3.8442 2.3 4.245 3.1562 4.2812 Fe-Si 1.05 0.848 0.9128 1.225 0.853 0.7625 1.1093 0.6207 Mn 1.3144 1.3134 1.3548 1.0602 1.4453 1.3733 1.2219 1.4246 Si 0.3079 0.2708 0.2916 0.2714 0.2988 0.2679 0.2966 0.2522 S 0.0074 0.0074 0.0074 0.0074 0.0074 0.0074 0.0074 0.0075 P 0.0322 0.0323 0.0323 0.0321 0.0325 0.0324 0.0321 0.0326 iter 21 29 19 39 20 29 25 log(D) -2.4683 -2.3724 -2.9878 -1.71 -3.3226 -2.4738 -2.2469 -2.1955 Dựa vào kết tìm chọn thử nghiệm hàm lượng Fe-Mn, Fe-Si đưa vào mẻ liệu thuốc hàn kí hiệu qui ước F7A4-1 hàn kết hợp với dây hàn EM12K dự kiến cho kết sau: Bảng 5.1 Hàm lượng Fe-Mn, Fe-Si đưa vào mẻ liệu thuốc hàn F7A4-1 dự kiến thành phần hóa học tính toán kim loại mối hàn (Mẫu cắt từ mẫu hàn thử tính) Giá trị biến thực, % Hàm lượng nguyên tố kim loại mối hàn, % 75 Fe-Mn 3,5 Fe-Si 1,3 Mn 1,29 Si 0,35 S - P - C - Với hàm lượng ferô tìm hàn thử nghiệm với dây hàn EM12K mẫu hàn tiến hành phân tích thành phần hóa học kim loại mối hàn, ta kết sau đây: Bảng5.2 Kết thử nghiệm thuốc hàn F7A4-1 thành phần hóa học kim loại mối hàn (Mẫu cắt từ mẫu hàn thử tính) Giá trị biến thực, % Fe-Mn Fe-Si 3,5 1,3 Hàm lượng nguyên tố kim loại mối hàn, % Mn Si S P C 0,995 0,471 0,0066 0,0229 0,0581 Kết thử phân tích thành phần hóa học kim loại mối hàn hàn thuốc hàn chế tạo với hàm lượng fero Mn Si bảng tiến hành hàn với dây EM12K mẫu theo tiêu chuẩn nêu sau Nhận xét: Các số liệu thử nghiệm thành phần hóa học cho thấy: - Hàm lượng Mn thấp dự kiến, chưa đạt yêu cầu; - Hàm lượng Si cao dự kiến nhiều; - Hàm lượng nguyên tố lại cacbon lưu huỳnh thấp, tốt Còn hàm lượng P có cao yêu cầu, theo số liệu thử nghiệm thấp hàm lượng dự kiến Do hàm lượng Mn thấp dự kiến nhiều hàm lượng Si cao, nên tiến hành thí nghiệm điều chỉnh Phần trăm fero hợp kim đưa vào thử nghiệm sau: 76 Bảng 5.3 Hàm lượng Fe-Mn, Fe-Si đưa vào mẻ liệu thuốc hàn F7A4-2 dự kiến thành phần hóa học tính toán kim loại mối hàn (Mẫu thử theo ANSI/AWS B4.0) Giá trị biến thực, % Fe-Mn Fe-Si Hàm lượng nguyên tố kim loại mối hàn, % C Mn Si S P 1,662 0,364 - Kết thử phân tích thành phần hóa học kim loại mối hàn hàn Bảng 5.4 Kết thử nghiệm thuốc hàn F7A4-2 thành phần hóa học kim loại mối hàn (Mẫu thử theo ANSI/AWS B4.0) Giá trị biến thực, % Fe-Mn Fe-Si Hàm lượng nguyên tố kim loại mối hàn, % C Mn Si S P 0,0694 1,567 0,401 0,0062 0.0244 Nhận xét: Các số liệu thử nghiệm thành phần hóa học cho thấy: - Hàm lượng Mn thấp giá trị tính toán theo phương trình hồi qui khoảng 5%; - Hàm lượng Si cao giá trị tính toán khoảng 10%; - Hàm lượng nguyên tố lại cacbon lưu huỳnh thấp Còn hàm lượng P có cao yêu cầu Như kết tính toán theo phương trình hồi qui kết phân tích trùng khớp nhau, mức độ sai số thấp Hơn hàm lượng Fe-Si lấy cận giá trị biên, mà độ xác chấp nhận giá trị Fe-Mn nằm gần vùng trung tâm nên giá trị xác nhiều 5.4 Kiểm tra tính kim loại mối hàn 77 Thuốc hàn chế tạo với hàm lượng fero Mn Si bảng tiến hành hàn với dây EL8 mẫu theo tiêu chuẩn nêu Hình 5.7 Gá lắp phôi để hàn mẫu thử tính kim loại mối hàn Hình 5.8 Hàn mẫu thử tính kim loại mối hàn 78 Hình 5.9 Quá trình hàn mẫu thử tính kim loại mối hàn Hình 5.10 Mẫu sau thử kéokim loại mối hàn Hình 5.11 Các mẫu sau thử độ dai va đậpkim loại mối hàn 79 Kết thử tính kim loại mối hàn hàn thuốc hàn chế tạo với hàm lượng fero Mn Si bảng tiến hành hàn với dây EL12K mẫu theo tiêu chuẩn nêu sau Hà Nội, ngày 09 tháng 09 năm 2013 (Hanoi, September 09th - 2013) GIẤY CHỨNG NHẬN KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM (Certificate of Test Result) Thử kéo Tên mẫu thử nghiệm (Sample): Mẫu thép hàn F23 Đơn vị gửi mẫu (Client): Địa chỉ (Address): Thiết bị thử nghiệm (Test equipment): Phương pháp thử nghiệm (Test Ngày nhận mẫu: 07/09/2013 Nguyễn Công Vượng Đại Học Bách Khoa Hà Nội H011- Matest- Italia Thử kéo - TCVN 197:2002 (ISO 6892:1998) method): Kết (Test Result): Tiết diện Giới hạn chảy Giới hạn bền Độ giãn dài (mm2) 174.835 (MPa) 417.538 (MPa) 497.316 (%) 34.286 Hà Nội, ngày 12 tháng 09 năm 2013 (Hanoi, September 12th - 2013) GIẤY CHỨNG NHẬN KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM (Certificate of Test Result) Thử va đập Tên mẫu thử nghiệm (Sample): Chi tiết bảng kết Đơn vị gửi mẫu (Client): Nguyễn Công Vượng Địa (Address): Đại Học Bách Khoa Hà Nội Ngày gửi mẫu (Sending date): 10/09/2013 Ngày thí nghiệm (Test date): 12/09/2013 Máy thử va đập WPM HECKERT – Đức Thiết bị thửnghiệm(Test equipment): Phươngphápthửnghiệm(Testmethod) Thử va đập - ASTM E23:2002 : Kết (Test Result): S TT Tên mẫu Nhiệt độ thử(oC) Công va đập (J) Mẫu F44-1 -40oC 198 Mẫu F44-2 -40oC 92 Mẫu F44-3 -40oC 203 Nhận xét 80 Các kết thử tính cho thấy hàm lượng Mn Si kim loại mối hàn đáp ứng tốt yêu cầu đề Các kết làm sở cho việc thiết kế mẻ liệu thuốc hàn thiêu kết mác F7A4 kết hợp với dây hàn EM12K 5.5 Giới thiệu thuốc hàn để sản xuất thử nghiệm Với hàm lượng ferô xác định kết hợp với dây hàn EL8 tiến hành hàn thử nghiệm phân tích thành phần hóa học, thử tính kim loại mối hàn đáp ứng tốt tiêu chí yêu cầu Do vậy, sử dụng kết nghiên cứu trên, đưa hàm lượng ferô Fe-Mn Fe-Si vào mẻ liệu thuốc hàn F7A4 để sản xuất thử nghiệm sau: Bảng5.5 Hàm lượng Fe-Mn, Fe-Si đưa vào mẻ liệu thuốc hàn để sản xuất thử nghiệm thuốc hàn F7A2 Hàm lượng ferô hợp kim, % Fe-Mn Fe-Si 7,5 2,0 Hàm lượng nguyên tố kim loại mối hàn, % C 0,0874 Mn 1,0179 Si 0,4886 S 0,0073 P 0,0239 Thành phần hóa học tính kim loại mối hàn hàn thuốc hàn F7A2 thử nghiệm đạt yêu cầu KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: Đề tài nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố gồm có thành phần thuốc hàn chế độ sấy thiêu kết đến hàm lượng hiđrô mối hàn vùng ảnh hưởng nhiệt chế tạo thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ để hàn tự động lớp thuốc kết cấu thép cacbon thấp Trên sở kết tính toán thí nghiệm tiên nghiệm chọn cấu tử chủ yếu thành phần mẻ liệu thuốc hàn Sau giữ cố định cấu tử chuyển sang nghiên cứu thay đổi huỳnh thạch thông số chế độ thiêu kết ảnh hưởng đến hàm lượng hiđrô mối hàn Trong trình nghiên cứu ứng dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm để xây dựng mô hình, xác lập mối quan hệ yếu tố đầu vào hàm lượng hiđrô mối hàn Từ phương trình hồi quy xây dựng được, cho phép xác định giá trị tối ưu biến đầu vào đảm bảo hàm lượng hiđrô theo yêu cầu có xét đến tiêu kinh tế Trong phạm vi tác giả đề cập đến nội dung sau: 81 - Tổng quan công nghệ hàn tự động lớp thuốc - Ảnh hưởng chế độ hàn đến thành phần hóa học ( Mn, Si) đến tính mối hàn - Nghiên cứu dịch chuyển Mn Si từ ferô Fe-Mn Fe-Si mẻ liệu thuốc hàn vào mối hàn - Xác định hàm lượng Fe-Mn Fe-Si cho mẻ liệu thuốc hàn đảm bảo thành phần hóa học tính kim loại mối hàn theo yêu cầu Kết chủ yếu đề tài gồm nội dung sau đây: - Đề tài tính toán lựa chọn tạo xỉ hợp lý cho thuốc hàn tương đương với loại OK Flux10.80 theo tiêu chuẩn hãng ESAB 1904-2004 với hệ số bazơ B = 1,1 - Đề tài ứng dụng quy hoạch thực nghiệm, xác lập quan hệ hàm lượng hiđrô mối hàn phụ thuộc vào hàm lượng huỳnh thạch mẻ liệu thuốc hàn chế độ sấy thiêu kết Kết ý nghĩa khoa học cao tính mới, mà có giá trị thực tiễn việc sản xuất thuốc hàn vật liệu nước - Các biểu đồ xây dựng từ phương trình toán học, phản ánh rõ nét ảnh hưởng huỳnh thạch thành phần thuốc hàn chế độ sấy thiêu kết đến hàm lượng hiđrô, đồng thời giúp cho chuyên gia kỹ thuật ứng dụng thuận tiện vào việc tính toán điều chỉnh thành phần huỳnh thạch chế độ thiêu kết yêu cầu hàm lượng hiđrô thay đổi - Kết nghiên cứu đề tài áp dụng với hệ xỉ bazơ B = 1,1, có điều kiện nên nghiên cứu mở rộng cho số loại thuốc hàn với hệ số bazơ phổ biến, để giúp cho sở sản xuất vật liệu hàn có đầy đủ tài liệu tham khảo Kiến nghị: - Các kết cấu hàn phương pháp hàn tự động lớp thuốc nên hàn vị trí hàn - Để nhận mối hàn mong muốn thay đổi chế độ hàn cường độ dòng điện hàn, hiệu điện hàn, vận tốc hàn ta cần nghiên cứu thêm ảnh hưởng tầm với điện cực, kích thước điện cực góc nghiêng điện cực, cần nghiên cứu nhiều chế độ hàn khác có ảnh hưởng đến mối hàn SAW, từ có đánh giá toàn diện điều chỉnh trình hàn SAW hiệu 82 [...]... còn rất khiêm tốn, có thể dẫn ra một số kết quả dưới đây: - Thuốc hàn mác H400 của Công ty CP Công nghiệp Vật liệu hàn Nam Triệu mới dừng lại ở mức độ sản xuất thử - Đề tài nghiên cứu thuốc hàn tự động của Viện Công nghệ, Bộ Công Thương cũng chỉ dừng lại ở kết quả thử nghiệm (2007) - Công ty CP Que hàn điện Việt Đức, Bộ Công Thương đã nghiên cứu đề tài về thuốc hàn gốm mác F7-VD (hoặc AR-7) (2008), kết... hình nghiên cứu và sản xuất thuốc hàn 1.2.1 Nghiên cứu và sản xuất thuốc hàn trên Thế giới Trong sự nghiệp phát triển công nghiệp, ngành công nghệ hàn đóng vai trò quan trọng trong việc chế tạo các kết cấu thép bằng hàn cho các ngành công nghiệp mũi nhọn như ngành dầu khí, hóa dầu, công nghiệp đóng tàu, giao thông, chế tạo máy, lắp máy, thủy điện, nhiệt điện, Để nâng cao năng suất và chất lượng các... kim loại Còn hiện naytheo I.U.ZeKe có đến hang chục công thức để tính độ axit hay bazơ của xỉ hàn, trong đó có xét đến khả năng tạo thành các phức chất khác nhau trong xỉ hàn Các công thức này có thể được chia thành hai nhóm lớn nhóm thứ nhất tương tự (3.32) dự trên cơ sở lý thuyết phân tử của xỉ hàn Trong số các công thức của nhóm này phổ biến nhất là công thức của Viện hàn Quốc tế [10]: B=,���+���+���+,��-2.�+,�-2.�+,��-2.�+��,�-2.+0,5(���+���)/-,�i�-2.+0,5(,��2... mối hàn − Đảm bảo thành phần hóa học cần thiết cho kim loại mối hàn − Đảm bảo hàm lượng hiđrô trong kim loại mối hàn và VAHN theo yêu cầu − Đảm bảo tính công nghệ hàn theo yêu cầu − Giá thành sản phẩm hạ 2.1.2 Các chỉ tiêu công nghệ hàn Các đặc tính công nghệ của thuốc hàn gồm những chỉ tiêu chính như sau: - Đảm bảo dễ gây hồ quang và hồ quang hàn cháy ổn định; - Bảo vệ tin cậy vùng hồ quang hàn và... thiểu MPa ksi Giới hạn chảy Độ giãn dài Tối thiểu, MPa tương đối,% F6XX - EXXX 415÷550 60 330 22 F7XX - EXXX 418÷650 70 400 22 Bảng 2.3 Công thử độ dai va đập của kim loại mối hàn Công thử độ dai va đập kim loại mối hàn theo AWS A5.17 - 80 Chữ số Nhiệt độ thử mẫu,oC Công phá huỷ tối thiểu thử mẫu, J Z 0 -18 27 2 -29 27 4 -40 27 5 -46 27 6 -51 27 8 -68 27 Bảng 2.4 Thành phần hoá học và một số thông... Nam Ở Việt Nam trong thời gian gần đây, các ngành công nghiệp đóng tàu, chế tạo các kết cấu thép trong dầu khí, hóa dầu, nhiệt điện, thủy điện, giao thông, phát triển mạnh, kéo theo ngành công nghệ hàn và nhu cầu về vật liệu hàn rất lớn Trong đó phải kể đến nhu cầu về thuốc hàn để hàn tự động dưới lớp thuốc nhằm nâng cao năng suất và chất lượng các công trình và kết cấu hàn Tuy số lượng cơ sở sản xuất... MgO, Al2O3, LiO,… - hàm lượng của các cấu tử trong xỉ hàn, % hoặc công thức này được bểu diễn ở dạng chính xac hơn: B=,0,18���+0,015���+,0,014(��-2.�+,�-2.�)+,��-2.�+0,006��,�-2.+0,007(���+���)/0.017,���-2.+0,005(,��-2.,�-3.+,���-2.+,���-2.) (3.34) Nhóm công thức thứ hai dựa trên cơ sở lý thuyết ion về xỉ hàn Các chỉ số cơ bản của các công thức này : B=,�-���.+NMgO+NMnO+NFeO-2NSiO2-4NP2O5-NFe2O3-NAl2O3;... bảo khử tạp chất, hợp kim hoá kim loại mối hàn theo yêu cầu  Có các đặc tính công nghệ cần thiết và thích hợp  Đảm bảo yêu cầu về vệ sinh công nghiệp Giới thiệu một số nền tạo xỉ thông dụng: + MnO – SiO 2 – CaO – (MgO) Nền tạo xỉ này có MnO tạo ra nhiều khói gây ô nhiễm đến môi trường và ảnh hưởng đến sức khỏe của người công nhân + MnO – SiO 2 – FeO Nền tạo xỉ này sẽ làm giảm chất lượng kim loại mối... axit của xỉ hàn có thể được đánh giá theo hệ số axit A và xác định theo công thức sau (G.L.Petrov) A= ∑ RO 2 ∑ ( R O + RO) (3.31) 2 ở đây ∑RO2 – Tổng số các phân tử của các ôxit, axit trong xỉ hàn, mol; ∑(R2O + RO) – Tương tự của các ôxit bazơ, mol Còn hệ số bazơ B là tỷ số nghịch đảo của hệ số axit (B= ,1-�.)Đôi khi còn sử dụng các công thức khác (theo phần trăm khối lượng, theo tỷ lệ của ôxit silic... kết cấu hàn lớn và yêu cầu chất lượng cao Trong công nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc, thuốc hàn có vai trò rất quan trọng, nó bảo vệ kim loại vùng hàn khỏi tác dụng có hại của không khí, ổn định quá trình hàn, tinh luyện và hợp kim hóa kim loại mối hàn Hiện nay trên thế giới sản xuất nhiều mác thuốc hàn khác nhau, tuy nhiên theo phương pháp chế tạo và công nghệ có thể chia làm 3 loại chủ yếu: thuốc ... dung lại công bố Luận văn tác giả nhóm tác giả tham gia Đề tài đưa Nếu sai xin hoàn toàn chịu trách nhiệm Hà Nội, ngày 28 tháng năm 2013 Học viên Nguyễn Công Vượng MỞ ĐẦU Trong nghiệp công nghiệp... mác H400 Công ty CP Công nghiệp Vật liệu hàn Nam Triệu dừng lại mức độ sản xuất thử - Đề tài nghiên cứu thuốc hàn tự động Viện Công nghệ, Bộ Công Thương dừng lại kết thử nghiệm (2007) - Công ty... học công nghệ phát triển mạnh, ngành công nghệ hàn không ngừng phát triển bề rộng có công nghệ hàn đa dạng giải pháp nâng cao suất chất lượng hàn Do ngành hàn ngày ứng dụng rộng rãi, số công